[科普中国]-地层元素测井

地层元素测井(ECS)的前身是次生伽马能谱测井(GST)，它是将仪器记录的非弹性散射和俘获伽马能谱的剥谱分析结果，同实验标准谱作对比得到地层元素的组成，并利用氧化物闭合模型以及聚类分析等分析技术确定地层中矿物的类型及含量，最终对地层进行评价的测井方法。

释义地层元素测井(ECS)的前身是次生伽马能谱测井(GST)，它是将仪器记录的非弹性散射和俘获伽马能谱的剥谱分析结果，同实验标准谱作对比得到地层元素的组成，并利用氧化物闭合模型以及聚类分析等分析技术确定地层中矿物的类型及含量，最终对地层进行评价的测井方法。1

应用目前此类方法可以提供的原始数据是硅、铝、钙、铁、镁、钆等地层元素的含量，其综合解释结果可以提供地层岩性剖面。

仪器地层元素测井仪器主要中子源和BGO晶体探测器组成（如概述图所述）。该仪器可以测量足够多的元素种类从而对地层进行岩性识别。其中中子源发出能量为4MeV的快中子与地层中元素的原子核发生非弹性反应，同时放射出一条或多条伽马射线，经过能量的衰减，快中子减速形成热中子，热中子被俘获产生俘获伽马射线。BGO晶体探测器则可以探测并记录这些非弹性散射伽马能谱和俘获伽马能谱。地层元素测井仪器的优点是可以和多种测井仪联合测量，并且不受井眼和泥浆类型的影响。1

工作原理在地下钻孔作业的环境中，中子源发射的4MeV中子进入周围的地层，在1～2μs内，这些快速运动的中子与周围地层中元素的原子核通过较强的吸引力发生相互作用，以弹性和非弹性的方式进行散射，直到最终失去能量。这一过程具体分为如下两个阶段：

(1)非弹性散射伽马能谱阶段:周围地层中元素的原子核由于和快中子发生相互作用而变成了激发态的复核，之后通过发射一条或多条γ射线回到基态，在这个过程中发射的γ射线被称为非弹性散射γ射线。不同的原子核发生非弹性散射时具有不同的反应截面面积，放出的伽马射线能量也存在不同，在地层中与快中子发生非弹性散射的主要有C、O、Si、Ca及Fe等元素的原子核。

(2)热中子俘获伽马能谱阶段:快中子经过一系列的速度放缓以及能量降低，最终变为热中子，并被周围地层中元素的原子核所捕获，同时发射一条或多条γ射线。此时发射的γ射线称为热中子俘获γ射线。不同原子核具有不同的能级，因而各种原子核放出的γ射线能量也不相同。在地层元素测井中主要由H、Cl、Si、Ca、Fe、S、Ti、Cr及K等元素的原子核与热中子发生俘获作用产生俘获γ射线。2

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院